备战高考化学原子结构与元素周期表的综合热点考点难点含详细答案.docx
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备战高考化学原子结构与元素周期表的综合热点考点难点含详细答案
2020-2021备战高考化学原子结构与元素周期表的综合热点考点难点含详细答案
一、原子结构与元素周期表练习题(含详细答案解析)
1.著名化学家徐光宪在稀土化学等领域取得了卓越成就,被誉为“稀土界的袁隆平”。
稀土元素包括钪、钇和镧系元素。
请回答下列问题:
(1)写出基态二价钪离子(Sc2+)的核外电子排布式____,其中电子占据的轨道数为____。
(2)在用重量法测定镧系元素和使镧系元素分离时,总是使之先转换成草酸盐,然后经过灼烧而得其氧化物,如2LnCl3+3H2C2O4+nH2O=Ln2(C2O4)3∙nH2O+6HCl。
①H2C2O4中碳原子的杂化轨道类型为____;1molH2C2O4分子中含σ键和π键的数目之比为___。
②H2O的VSEPR模型为___;写出与H2O互为等电子体的一种阴离子的化学式_______。
③HCI和H2O可以形成相对稳定的水合氢离子盐晶体,如HCl∙2H2O,HCl∙2H2O中含有H5O2+,结构为
,在该离子中,存在的作用力有___________
a.配位键b.极性键c.非极性键d.离子键e.金属键f氢键g.范德华力h.π键i.σ键
(3)表中列出了核电荷数为21~25的元素的最高正化合价:
元素名称
钪
钛
钒
铬
锰
元素符号
Sc
Ti
V
Cr
Mn
核电荷数
21
22
23
24
25
最高正价
+3
+4
+5
+6
+7
对比上述五种元素原子的核外电子排布与元素的最高正化合价,你发现的规律是___________
(4)PrO2(二氧化镨)的晶胞结构与CaF2相似,晶胞中Pr(镨)原子位于面心和顶点。
假设相距最近的Pr原子与O原子之间的距离为apm,则该晶体的密度为_____g∙cm-3(用NA表示阿伏加德罗常数的值,不必计算出结果)。
【答案】1s22s22p63s23p63d110sp2杂化7:
2四面体形NH2-abfi五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和
【解析】
【分析】
(1)Sc(钪)为21号元素,1s22s22p63s23p63d14s2,据此写出基态Sc2+核外电子排布式;s、p、d能级分别含有1、3、5个轨道,基态Sc2+的核外电子3d轨道只占了一个轨道,据此计算Sc2+占据的轨道数;
(2)①根据杂化轨道理论进行分析;根据共价键的类型结合该分子的结构进行分析计算;
②根据价层电子对互斥理论分析H2O的分子空间构型;等电子体是原子数相同,电子数也相同的物质,据此写出与之为等电子体的阴离子;
③HCl∙2H2O中含有H5O2+,结构为
,据此分析该粒子存在的作用力;
(3)根据表中数据,分别写出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外围电子排布式为:
3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2,则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和;
(4)根据均摊法进行计算该晶胞中所含粒子的数目,根据密度=
进行计算。
【详解】
(1)Sc(钪)为21号元素,基态Sc2+失去两个电子,其核外电子排布式为:
1s22s22p63s23p63d1,s、p、d能级分别含有1、3、5个轨道,但基态Sc2+的核外电子3d轨道只占了一个轨道,故共占据1×3+3×2+1=10个,故答案为:
1s22s22p63s23p63d1;10;
(2)①H2C2O4的结构式为
,含碳氧双键,则碳原子的杂化轨道类型为sp2杂化,分子中含有7个σ键、2个π键,所以σ键和π键数目之比为:
7:
2,故答案为:
sp2杂化;7:
2;
②H2O中O原子的价层电子对数
,且含有两个2个孤对电子,所以H2O的VSPER模型为四面体形,分子空间构型为V形,等电子体是原子数相同,电子数也相同的物质,因此,与H2O互为等电子体的阴离子可以是NH2-,故答案为:
四面体形;NH2-;
③HCl∙2H2O中含有H5O2+,结构为
,存在的作用力有:
配位键、极性键、氢键和σ键,故答案为:
abfi;
(3)根据表中数据,分别写出Sc、Ti、V、Cr、Mn的外围电子排布式为:
3d14s2、3d24s2、3d34s2、3d54s1、3d54s2,则有五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和,故答案为:
五种元素的最高正化合价数值等于各元素基态原子的最高能层s电子和次高能层d电子数目之和;
(4)由图可知,相距最近的Pr原子和O原子之间的距离为该立方体晶胞的体对角线的
,则该晶胞的晶胞参数
,每个晶胞中占有4个“PrO2”,则该晶胞的质量为
,根据
可得,该晶体的密度为:
,故答案为:
。
【点睛】
本题考查新情景下物质结构与性质的相关知识,意在考查考生对基础知识的掌握情况以及对知识的迁移能力;本题第
(2)小题的第②问中H2O的VSEPR模型容易习惯性写为空间构型V形,解答时一定要仔细审题,注意细节。
2.如图是元素周期表中的前四周期,①~⑨为相应的元素,请从中选择合适的元素回答问题:
(1)根据元素原子的外围电子排布特征,元素周期表可划分为五个区域,元素⑦位于周期表的___区。
(2)写出元素③与元素⑤形成的稳定化合物的结构式______。
(3)②、⑥两元素形成的化合物其中心原子的杂化轨道类型为___。
(4)元素⑦与CO可形成X(CO)5型化合物,该化合物常温下呈液态,熔点为-20.5℃,沸点为103℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断该化合物晶体属于____晶体(填晶体类型)。
(5)元素⑨的离子的氢氧化物不溶于水,但可溶于氨水,该离子与NH3间结合的作用力为____。
(6)将①、⑥形成的化合物溶于水,其与水间可能存在的氢键表示为____________(写一种即可)。
(7)金属⑦有δ、γ、α三种同素异形体,各晶胞如下图,则δ和α中原子的配位数之比为________。
【答案】dO=C=Osp2杂化分子配位键F-H…F、F-H…O、O-H…F、O-H…O4:
3
【解析】
【分析】
根据元素周期表可知①为H元素、②为B元素、③为C元素、④为N元素、⑤为O元素、⑥为F元素、⑦为Fe元素、⑧为Cu元素、⑨为Zn元素。
【详解】
(1)元素⑦为Fe元素,位于周期表的d区,故答案为:
d;
(2)元素③为C元素、元素⑤为O元素,其形成的稳定化合物为二氧化碳,结构式为:
O=C=O,故答案为:
O=C=O;
(3)②为B元素、⑥为F元素,两元素形成的化合物为BF3,中心原子是B,价层电子对个数=σ键+孤电子对个数=3+0=3,杂化轨道类型为:
sp2杂化,故答案为:
sp2杂化;
(4)元素⑦为Fe元素、与CO可形成Fe(CO)5型化合物,该化合物常温下呈液态,熔点为-20.5 ℃,沸点为103 ℃,易溶于非极性溶剂,据此可判断该化合物晶体属于分子晶体,故答案为:
分子;
(5)元素⑨Zn元素,氢氧化物为Zn(OH)2不溶于水,但可溶于氨水,Zn2+离子与NH3间结合的作用力为配位键,故答案为:
配位键;
(6)①为H元素、⑥为F元素,形成的化合物为HF,溶于水,与水分子间可能存在的氢键表示为:
F-H…F、F-H…O、O-H…F、O-H…O,故答案为:
F-H…F、F-H…O、O-H…F、O-H…O;
(7)金属⑦为Fe,有δ、γ、α三种同素异形体,δ为体心立方,α为简单立方,原子的配位数之比为8:
6=4:
3,故答案为:
4:
3。
【点睛】
金属晶体的原子堆积模型:
①简单立方堆积,空间利用率
,配位数6;②体心立方堆积,空间利用率
,配位数8;③六方最密堆积,空间利用率
,配位数12;④面心立方最密堆积,空间利用率
,配位数12。
3.下表是元素周期表的一部分,除标出的元素外,表中的每个编号代表一种元素。
请根据要求回答问题:
(1)②的元素符号是______。
(2)⑤和⑥两种元素的非金属性强弱关系是:
⑤______⑥。
(3)①和③两种元素组成的化合物中含有的化学键为________(填“离子键”或“共价键”)。
(4)④和⑥两种元素组成的化合物与AgNO3溶液反应的离子方程式为__________。
【答案】C<共价键Ag++Cl-=AgCl↓
【解析】
【分析】
根据元素在周期表中的位置分析元素的种类;根据元素周期律及元素性质分析解答。
【详解】
根据元素周期表的结构及元素在周期表中的位置分析知,①为氢,②为碳,③为氧,④为钠,⑤为硫,⑥为氯;
(1)碳的元素符号是C,故答案为:
C;
(2)⑤和⑥处于相同周期,同周期元素随核电荷数增大,非金属性增强,则两种元素的非金属性强弱关系是:
⑤<⑥,故答案为:
<;
(3)H和O两种元素组成的化合物中有H2O和H2O2,都属于共价化合物,含有的化学键为共价键,故答案为:
共价键;
(4)Na和Cl两种元素组成的化合物为NaCl,与AgNO3溶液反应生成氯化银沉淀和硝酸钠,离子方程式为:
Ag++Cl-=AgCl↓,故答案为:
Ag++Cl-=AgCl↓。
4.A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大;A原子核内无中子;B元素的最高价氧化物对应水化物与其氢化物能反应生成盐F;D与A同主族,且与E同周期;E元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的
,A、B、D、E这四种元素,每一种与C元素都能形成元素的原子个数比不相同的若干种化合物.请回答下列问题:
(1)C元素在元素周期表中的位置是___;C、D、E三种元素简单离子半径由大到小的顺序为:
___(用离子符号表示)。
(2)写出分别由A、D与C形成的原子个数比为1:
1的化合物的电子式___、___。
(3)A与C、E间分别形成甲、乙两种共价化合物,且甲有10个电子,乙有18个电子,则沸点较高的是___(填化学式)。
(4)F含有的化学键类型是___、___。
(5)D和C形成的一种化合物能与A和C形成的一种化合物反应产生C单质,该反应的离子方程式为___。
【答案】第二周期VIA族S2->O2->Na+
H2O离子键极性共价键2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑
【解析】
【分析】
A原子核内无中子,则A为氢元素;B元素的最高价氧化物对应水化物与其氢化物能反应生成盐F,B为氮元素,F为硝酸铵;E元素原子的最外层电子数是其次外层电子数的
,则E为硫元素,在第三周期;D与A同主族,且与E同周期,则D为钠元素;A、B、D、E这四种元素,每一种与C元素都能形成元素的原子个数比不相同的若干种化合物,则C为氧元素。
【详解】
(1)C为氧元素,在元素周期表中的位置是第二周期VIA族;Na+、O2-、S2-离子半径由大到小的顺序为S2->O2->Na+,故答案为:
第二周期VIA族;S2->O2->Na+;
(2)由H、Na与O形成的原子个数比为1:
1的化合物分别为H2O2、Na2O2,其电子式分别为
、
,故答案为:
;
(3)H与O、S间分别形成H2O、H2S两种共价化合物,因为水分子间存在氢键,则沸点较高,故答案为:
H2O;
(4)F为硝酸铵,含有离子键和极性共价键,故答案为:
离子键、极性共价键;
(5)过氧化钠与水反应能生成氧气,则该反应的离子方程式为2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑,故答案为:
2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑。
【点睛】
比较离子半径可以用“先层后核再电子”进行比较,S2-有三个电子层,则半径最大,Na+、O2-有两个电子层,但氧的序数小于钠的序数,则O2-的离子半径大于Na+,所以S2->O2->Na+。
5.已知A、B、C三种元素的原子中,质于数:
A
A元素原子的最外层电子数是次外层电子数的2倍;B元素原子的M层电子数是L层电子数的一半;C元素原子的次外层电子数比最外层电子数多1。
试回答下列问题。
(1)写出三种元素的名称和符号:
A______,B______,C______。
(2)画出三种元素的原子结构示意图:
A______,B______,C______。
【答案】碳C硅Si氯Cl
【解析】
【分析】
A元素的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍,则A原子核外电子排布为2、4,A是C元素;B元素的原子核外M层电子数是L层电子数的一半,则B原子核外电子排布为2、8、4,B为Si元素;C元素的原子次外层电子数比最外层电子数多1个,且原子序数大于B小于18,所以C原子核外电子排布为2、8、7,C是Cl元素,据此答题。
【详解】
根据上述分析可知A是C元素,B是Si元素,C是Cl元素。
(1)A为碳元素,元素符号为C;B为硅元素,元素符号为Si;C为氯元素,元素符号为Cl;
(2)碳原子的结构示意图为
,硅原子的结构示意图为
,氯原子的结构示意图为
。
【点睛】
本题主要考查了根据原子核外各层电子数的关系,确定元素的种类,解题时要熟悉常见元素的核外电子排布,注意规范书写结构示意图。
6.X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素,在周期表的短周期主族元素中,X的原子半径最小,X与R的最外层电子数相等;Z的内层电子数是最外层电子数的一半;U的最高化合价和最低化合价的代数和为6;R和Q可形成原子个数之比为1:
1和2:
1的两种化合物;T与Z同主族。
请回答下列问题:
(1)T元素在周期表中的位置是________________________。
(2)X、Z、Q三种元素的原子半径由小到大的顺序为___________(填元素符号)。
(3)R、T两元素最高价氧化物对应的水化物反应的化学方程式为____________。
(4)某同学用X、R两元素的单质反应生成固体物质RX,RX属于离子化合物,且能与化合物X2Q反应生成X的单质。
①RX的电子式为_____________;RX与X2Q反应的化学方程式为___________。
②该同学认为取X、R两元素的单质反应后的固体物质与X2Q反应,若能产生
的单质,即可证明得到的固体物质一定是纯净的RX。
请判断该方法是否合理并说明理由:
_____________。
【答案】第三周期ⅣA族H NaH+H2O=NaOH+H2↑不合理,若反应后有Na残留,也能与水反应生成H2 【解析】 【分析】 X、Z、Q、R、T、U分别代表原子序数依次增大的短周期元素,周期表的全部元素中X的原子半径最小,则X为H元素,X与R的最外层电子数相等,二者原子序数相差大于2,则R为Na元素,可知Z、Q处于第二周期,Z的内层电子数是最外层电子数的一半,Z的核外电子排布为2、4,Z原子最外层电子数为4,则Z为C元素;U的最高化合价和最低化合物的代数和为6,则U为Cl元素,R和Q可形原子数之比为1: 1和2: 1的两种化合物,则Q为O元素,这两种化合物为Na2O2、Na2O,T与Z同主族,由于Z是C元素,所以T为Si元素,据此分析解答。 【详解】 根据上述分析可知: X为H,Z为C,Q为O,R为Na,T为Si,U为Cl元素。 (1)T为Si元素,原子核外电子排布为2、8、4,所以Si元素在期表中的位置是第三周期IVA族; (2)X为H,Z为C,Q为O,同一周期元素原子序数越大原子半径越小;原子核外电子层数越多,原子半径越大,所以上述三种元素中原子半径由小到大顺序为H (3)R为Na,T为Si,它们的最高价氧化物对应的水化物分别为NaOH、H2SiO3,H2SiO3是弱酸,可以与强碱NaOH发生中和反应产生Na2SiO3和H2O,反应的化学方程式为: 2NaOH+H2SiO3=Na2SiO3+2H2O; (4)X为H,R为Na,Q为O,H、Na二种元素形成的化合物NaH是离子化合物,X2Q是H2O,NaH与H2O反应产生NaOH和H2。 ①NaH中Na+与H-通过离子键结合,电子式为 ;NaH与H2O反应产生NaOH和H2,反应方程式为: NaH+H2O=NaOH+H2↑; ②由于Na是非常活泼的金属,可以与水反应产生H2,反应方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,所以如果有Na残留,过量的Na与水反应也生成氢气,因此不能根据H、Na反应后的固体与水反应放出氢气确定得到的固体一定是纯净NaH,即该同学的说法不合理。 【点睛】 本题考查元素周期表及原子结构在元素推断中的应用。 根据元素的原子结构及相互关系推断元素是解题关键。 熟练掌握结构、性质、位置关系,注意元素金属性、非金属性强弱比较实验事实,要注意基础知识并灵活运用,注意金属氢化物有关问题。 7.A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大。 ①A元素组成的单质是相同条件下密度最小的物质;②B元素原子的最外层电子数是其内层电子总数的2倍;③D原子的电子层数与最外层电子数之比为3: 1;④E元素的最外层电子数是电子层数的2倍;⑤C与E同主族。 请回答下列问题: (1)B元素在周期表中的位置是: ______________ (2)写出化合物D2C2的电子式____________;该化合物中所含化学键类型为____________ (3)化合物A2C和A2E中,沸点较高的是______________(填化学式) (4)化合物EC2常温下呈气态,将其通入Ba(NO3)2溶液中,有白色沉淀和NO气体放出,该反应的离子方程式为_______________ (5)元素A、B、C按原子个数比2: 1: 1组成的化合物是常见的室内装修污染物,该物质的分子空间构型为______________;该化合物中B原子的杂化轨道类型为______________ 【答案】第二周期第IVA族 离子键、共价键H2O3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+平面三角形sp2 【解析】 【分析】 A、B、C、D、E五种短周期元素,它们的原子序数依次增大。 ①A元素组成的单质是相同条件下密度最小的物质,则A是H元素;②B元素原子的最外层电子数是其内层电子总数的2倍,则B原子核外有2个电子层,核外电子排布是2、4,B是C元素;③D原子的电子层数与最外层电子数之比为3: 1,则D核外电子排布式是2、8、1,D是Na元素;④E元素的最外层电子数是电子层数的2倍,则E核外电子排布是2、8、6,E是S元素;⑤C与E同主族,原子序数小于Na,大于C,则C是O元素。 结合元素的单质及化合物的结构、性质分析解答。 【详解】 根据上述分析可知A是H,B是C,C是O,D是Na,E是S元素。 (1)B是C元素,在周期表中的位置是第二周期第IVA族; (2)化合物D2C2是Na2O2,该物质中Na+与O22-通过离子键结合,在O22-中两个O原子通过共价键结合,所以其电子式为: ;该化合物中所含化学键类型为离子键、共价键; (3)化合物A2C是H2O,A2E是H2S,由于在H2O分子之间存在氢键,增加了分子之间的吸引力,使物质气化消耗较多的能量,因此沸点较高的是H2O; (4)化合物EC2是SO2,在常温下呈气态,该物质具有还原性,将其通入Ba(NO3)2溶液中,有白色沉淀和NO气体放出,根据电子守恒、电荷守恒、原子守恒,可得该反应的离子方程式为3SO2+3Ba2++2NO3-+2H2O=3BaSO4↓+2NO+4H+; (5)元素A、B、C按原子个数比2: 1: 1组成的化合物CH2O是常见的室内装修污染物,该物质的分子中,C原子采用sp2杂化,与O原子形成共价双键,再与2个H原子形成2个共价键,分子空间构型为平面三角形。 【点睛】 本题考查了元素的原子结构与物质性质的关系、有电子转移的离子方程式书写等知识。 根据题干信息正确推断元素是解题关键,能很好的反映学生对饮水机化合物的性质及物质结构理论的掌握和应用情况。 8.下表是元素周期表中的一部分。 周期 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA 0 1 A 2 E F H J 3 B C D G I 根据A~J在周期表中的位置,用元素符号或化学式回答下列问题: (1)电负性最强的元素是________,第一电离能最小的单质是________。 (2)最高价氧化物对应的水化物中,酸性最强的是__________,呈两性的是________。 (3)A分别与E、F、G、H、I形成的简单化合物中,沸点最高的是________。 (4)由B、C、D、G、I形成的单核离子中,半径最大的离子是________。 【答案】FNaHClO4Al(OH)3HFS2- 【解析】 【分析】 先根据元素在周期表的位置确定元素: A是H,B是Na,C是Mg,D是Al,E是C,F是N,G是S,H是F,I是Cl,J是Ne。 (1)在同一周期元素的原子中,原子半径越小,元素的非金属性越强,元素的电负性越大;元素的金属性越强,其第一电离能越小; (2)形成最高价含氧酸酸性最强的是物质HClO4;处于金属与非金属交界区的Al元素形成的氧化物的水化物显两性; (3)分子之间作用力越强,物质的熔沸点越高;分子之间存在的氢键,增加分子之间的吸引力,导致相应的氢化物沸点升高; (4)离子核外电子层数越多,离子半径越大;当离子核外电子层数相同时,离子的核电荷数越小,离子半径越大。 【详解】 根据上述分析可知A是H,B是Na,C是Mg,D是Al,E是C,F是N,G是S,H是F,I是Cl,J是Ne。 (1)元素的非金属性越强,其电负性越大,在上述元素中,非金属性最强的元素是F,所以电负性最强的元素是F;元素的金属性越强,原子半径越大,越容易失去电子,其第一电离能越小。 在上述元素中金属性最强的元素是Na元素,所以第一电离能最小的单质是Na; (2)上述元素形成最高价氧化物对应的水化物中,酸性最强的是HClO4,呈两性的是Al(OH)3; (3)H分别与C、N、S、F、Cl形成的简单化合物分别是CH4、NH3、H2S、HF、HCl,这些物质都是由分子构成,物质分子间作用力越强,克服分子间作用力消耗的能量越高,物质的熔沸点就越高。 氢键是比分子间作用力强很多的作用力,会使物质的熔沸点升高。 由于HF、NH3分子之间存在氢键,且氢键HF>NH3,因此物质的沸点最高的是HF。 (4)Na、Mg、Al、S、Cl都是第三周期的元素,Na+、Mg2+、Al3+是原子失去最外层电子形成的阳离子,核外电子排布是2、8;S2-、Cl-是原子获得电子形成阴离子,核外电子排布是2、8、8。 由于离子核外电子层数越多,离子半径越大;当离子核外电子层数相同时,离子的核电荷数越小,离子半径越大,所以上述元素形成的单核离子中,半径最大的离子是S2-。 【点睛】 本题考查了元素周期表和元素周期律的综合应用,涉及电离能、电负性、氢键、离子半径大小比较等知识点,要根据物质结构特点、氢键对物质性质的影响等知识点再结合元素周期律、知识迁移的方法分析解答即可。 9.下表是元素周期表的一部分,回答下列有关问题: (1)写出下列元素符号: ①________,⑥________,⑦________,⑪________。 (2)在这些元素中,最活泼的金属元素是________,最活泼的非金属元素是_______,最不活泼的
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